EP0196589A2 - Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0196589A2
EP0196589A2 EP86104013A EP86104013A EP0196589A2 EP 0196589 A2 EP0196589 A2 EP 0196589A2 EP 86104013 A EP86104013 A EP 86104013A EP 86104013 A EP86104013 A EP 86104013A EP 0196589 A2 EP0196589 A2 EP 0196589A2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/26Multiple-effect evaporating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/06Evaporators with vertical tubes
    • B01D1/065Evaporators with vertical tubes by film evaporating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D3/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
    • F28D3/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits with tubular conduits

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a method according to the preamble of claim 1 which allows large heat transfer coefficients to be achieved with a short residence time of the liquid to be heated with small liquid contents and which does not evaporate the liquid.
  • the heated liquid is discharged from the liquid discharge space 14 via a line 20, in which a pump 22 and a valve 24 are located one behind the other.
  • An intermediate tube sheet 26 is arranged between the upper tube sheet 4 and the lower tube sheet 6 and divides the heating space 12 into two heating zones 28, 30.
  • the lower heating zone 3o through an upper line 36 is a heat transfer medium of higher temperature, which is drawn off through a lower line 38.
  • the product that is to say the milk in the present case, is preheated in a trickle film heater 4o which has three heating zones 42, 46, 48.
  • the top heating zone 42 is heated with vapors from the evaporator III, the middle heating zone 46 with vapors from the evaporator II and the bottom heating zone 48 with vapors from the evaporator I.
  • the product heated in the trickle film heater reaches a second trickle film heater 50 with two heating zones 52, 54.
  • the upper heating zone 52 is heated directly with heating steam removed from the evaporator I via line 56; the second heating zone 54 is heated with the steam discharged via line 56 after heating by means of a vapor compressor 58.
  • the sterilization system of FIG, 3 includes flash evaporator 7 0, 72, 74, which are fed by a conduit means 76 with sterilized milk of the row in the inlet of the flasher 70 has a temperature of 13 0 ° C.
  • the heating zone 82 is heated through line 88 with exhaust vapors from the flasher 74, the central heating zone 84 via a line 9o with vapors of the flash evaporator 72 and the lower heating zone 86 via a line 92 to exhaust vapors from the flasher 7 0th
  • the milk emerging from the falling film heater via line 94 is still heated before it reaches line 76.
  • the apparatus of Fig. 4 comprises a container 102, in the top through a tube sheet 1 0 4, a lower tube sheet lo6 and a plurality of opening into the upper tube sheet 104 and the lower tube sheet 106.
  • Tubes 108, a liquid supply space 11 0, a heating chamber 112 and a liquid discharge space 114 are delimited.
  • In the liquid supply space 11o opens a line connected to a source of gas pressure adjustable gas pressure gas supply 116.
  • an intermediate tube sheet 126 is disposed which divides the heating chamber 112 in two heating zones 128, 13o.
  • the lower heating zone 13o is fed via a line 132 with a heating vapor which condenses in the lower region of the heating zone; Vapors of lower temperature are drawn off from the lower region of the heating zone 13o via the line 134 and introduced into the upper region of the heating zone 128.
  • Condensate can flow from the upper heating zone 128 into the lower heating zone 130 via line 136.
  • the condensate from both heating zones 128, 13o is drawn off via line 138 by means of a pump 14o.
  • the product to be heated is introduced via line 142 into the liquid supply space 110 and is discharged from the liquid discharge space 114 via line 144.
  • the device according to FIG. 4 can also be used as a condenser for the vapors supplied via line 132, which is discharged as condensate via line 138.
  • cooling water flows through the pipes lo8 as a "product" to be heated.
  • the atmosphere can be used as the pressure source which generates a gas pressure in the pipes which is higher than the vapor pressure of the liquid to be heated.

Abstract

Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit in wenigstens einem vertikal verlaufenden, von außen geheizten Rohr, an dessen Innenwand die Flüssigkeit in Form eines Rieselfilms fließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Rohrs unter einem Gasdruck gehalten wird, der höher ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit im Rieselfilm.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bekannt, Flüssigkeit zum Erwärmen durch das geheizte Rohr derart zu schicken, daß sie das Rohr füllt.
  • Unabhängig davon ist es bekannt, Flüssigkeit an der Innenwand eines geheizten Rohrs in Form eines Rieselfilms fließen zu lassen, um die Flüssigkeit einzudampfen. Der Innenraum des Rohrs wird dabei unter einem Gasdruck gehalten, der niedriger ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit im Rieselfilm.
  • Theoretisch ist auch schon die Erhitzung einer Flüssigkeit erwogen worden,die in Form eines Rieselfilms an einer erhitzten Wand herabfließt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, das bei einer kurzen Verweilzeit der zu erwärmenden Flüssigkeit bei kleinen Flüssigkeitsinhalten große Wärmeübergangskoeffizienten zu erreichen gestattet und das die Flüssigkeit nicht verdampft.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.
  • Um eine besonders wirtschaftliche Erwärmung der Flüssigkeit zu ermöglichen, wird bevorzugt das Verfahren nach Anspruch 2 durchgeführt, um die Temperaturdifferenzen des Rohrs und des Rieselfilms über die ganze Länge des Rohrs möglichst klein zu halten. Praktisch verwirklichen läßt sich dies bevorzugt in der Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 3.
  • Um die unterschiedlichen Temperaturen zu erzeugen, geht man dabei bevorzugt nach Anspruch 4 vor. In einer Eindampfanlage mit mehreren Verdampfern läßt sich dies besonders einfach gemäß Anspruch 5 ausführen und bei einer Sterilisationsanlage so, wie in Anspruch 6 angegeben.
  • Die Heizzonen nach Anspruch 4 können, wenn Dampf vorliegt, dessen Kondensationstemperatur mit fortschreitender Kondensation sinkt, so geheizt werden, wie in Anspruch 7 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die besonders kompakt aufgebaut ist, ist in Anspruch 8 angegeben. Dabei erfolgt die Unterteilung des Heizraums in die Heizzonen bevorzugt gemäß Anspruch 9, wobei sich die konstruktiven Ausgestaltungen gemäß Anspruch 1o bewährt haben.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
    • Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
    • Fig. 2 zeigt schematisch eine Eindampfanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    • Fig. 3 zeigt schematisch eine Sterilisationsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    • Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen vertikal langgestreckten Behälter 2 auf, in dem durch einen oberen Rohrboden 4, einen unteren Rohrboden 6 und ein im oberen Rohrboden 4 und im unteren Rohrboden 6 mündendes Rohr 8,ein Flüssigkeitszuführungsraum 10, ein Heizraum 12 und ein Flüssigkeitsabführungsraum 14 abgegrenzt sind.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet in dem Flüssigkeitszuführungsraum 1o eine an einer Gasdruckquelle einstellbaren Gasdrucks angeschlossene Gaszuführung 16. Die zu erwärmende Flüssigkeit wird durch eine Leitung 18 dem Flüssigkeitszuführungsraum 1o zugeführt und kann dort, wenn mehrere Rohre 8 vorgesehen sind, mittels einer bekannten Verteilereinrichtung auf die einzelnen Rohre 8 verteilt werden.
  • Von dem Flüssigkeitsabführungsraum 14 wird die erwärmte Flüssigkeit über eine Leitung 2o,in der sich hintereinander eine Pumpe 22 und ein Ventil 24 befinden, abgeführt.
  • Zwischen dem oberen Rohrboden 4 und dem unteren Rohrboden 6 ist ein Zwischenrohrboden 26 angeordnet, der den Heizraum 12 in zwei Heizzonen 28, 3o unterteilt.
  • Die obere Heizzone 28 wird über eine Leitung 32 mit einem Wärmeträger beschickt,und dieser Wärmeträger wird durch eine unter der Leitung 32 liegende Leitung 34 aus der oberen Heizzone 28 abgezogen.
  • Entsprechend ist die untere Heizzone 3o durch eine obere Leitung 36 ein Wärmeträger höherer Temperatur, der durch eine untere Leitung 38 abgezogen wird.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Eindampfanlage ist grundsätzlich bekannt, nicht für sich Gegenstand der Erfindung und wird daher nur insoweit beschriebenrals es das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft. Die in den einzelnen Teilen der Anlage herrschenden Temperaturen für den Fall, daß Milch eingedampft werden soll, sind in Fig. 2 eingetragen.
  • Ersichtlich enthält die Eindampfanlage drei Verdampfer I, II und III.
  • Das Produkt, also im vorliegenden Fall die Milch, wird in einem Rieselfilmerhitzer 4o vorerwärmt, der drei Heizzonen 42, 46, 48 aufweist. Die oberste Heizzone 42 wird mit Brüden aus dem Verdampfer III, die mittlere Heizzone 46 mit Brüden aus dem Verdampfer II und die unterste Heizzone 48 mit Brüden aus dem Verdampfer I erhitzt. Das in dem Rieselfilmerhitzer erwärmte Produkt gelangt in einen zweiten Rieselfilmerhitzer 5o mit zwei Heizzonen 52, 54. Die obere Heizzone 52 wird mit aus dem Verdampfer I über die Leitung 56 abgeführtem Heizdampf unmittelbar erhitzt; die zweite Heizzone 54 wird mit dem über die Leitung 56 abgeführten Dampf nach Aufheizung mittels eines Brüdenverdichters 58 erhitzt.
    • Zur Aufrechterhaltung eines Drucks in den Rohren des Rieselfilmerhitzers 40, der über dem Dampfdruck des diese Rohre durchströmenden Produkts liegt, dient eine Gasdruckquelle.
    • Zur Aufrechterhaltung eines Drucks in den Rohren des Rieselfilmerhitzers 50, der über dem Dampfdruck des diese Rohre durchströmenden Produkts liegt, dient eine Gasdruckquelle, die über eine Leitung 6o an den Flüssigkeitsabführungsraum 62 des Rieselfilmerhitzers 5o angeschlossen ist.
  • Die Sterilisationsanlage nach Fig, 3 weist Entspannungsverdampfer 70, 72, 74 auf, die der Reihe nach über eine Leitungsanordnung 76 mit sterilisierter Milch beschickt werden, die im Einlaß des Entspannungsverdampfers 70 eine Temperatur von 130°C hat.
  • Zur Vorerwärmung der Milch dient ein Rieselfilmvorerhitzer 80 mit drei Heizzonen 82, 84, 86.
  • Die Heizzone 82 wird über die Leitung 88 mit Brüden des Entspannungsverdampfers 74 geheizt, die mittlere Heizzone 84 über eine Leitung 9o mit Brüden des Entspannungsverdampfers 72 und die untere Heizzone 86 über eine Leitung 92 mit Brüden des Entspannungsverdampfers 70. Die aus dem Rieselfilmerhitzer über eine Leitung 94 austretende Milch wird noch enderhitzt, bevor sie in die Leitung 76 gelangt.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 4 weist einen Behälter 102 auf, in dem durch einen oberen Rohrboden 104, einen unteren Rohrboden lo6 und eine Vielzahl von im oberen Rohrboden 104 und im unteren Rohrboden 106 mündenden Rohren 108 ein Flüssigkeitszuführungsraum 110, ein Heizraum 112 und ein Flüssigkeitsabführungsraum 114 abgegrenz.t sind. In dem Flüssigkeitszuführungsraum 11o mündet eine an eine Gasdruckquelle einstellbaren Gasdrucks angeschlossene Gaszuführung 116. Zwischen dem oberen Rohrboden 104 und dem unteren Rohrboden lo6 ist ein Zwischenrohrboden 126 angeordnet, der den Heizraum 112 in zwei Heizzonen 128, 13o unterteilt.
  • Die untere Heizzone 13o wird oben über eine Leitung 132 mit einem Heizbrüden beschickt, der im unteren Bereich der Heizzone kondensiert; Brüden geringerer Temperatur wird aus dem unteren Bereich der Heizzone 13o über die Leitung 134 abgezogen und in den oberen Bereich der Heizzone 128 eingeführt.
  • Kondensat kann von der oberen Heizzone 128 in die untere Heizzone 13o über die Leitung 136 fließen. Das Kondensat beider Heizzonen 128, 13o wird über die Leitung 138 mittels einer Pumpe 14o abgezogen. Das zu erhitzende Produkt wird über die Leitung 142 in den Flüssigkeitszuführungsraum 11o eingeführt und aus dem Flüssigkeitsabführungsraum 114 über die Leitung 144 abgeführt.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 4 kann auch als Kondensator für den über die Leitung 132 zugeführten Brüden verwendet werden, der über die Leitung 138 als Kondensat abgeführt wird. In diesem Fall durchströmt die Rohre lo8 als zu erhitzendes "Produkt" Kühlwasser. Liegt der Verdampfer der die Rohre durchströmenden Flüssigkeit niedriger als Atmosphärendruck, so kann als Druckquelle,die in den Rohren einen Gasdruck erzeugt, der höher ist als der Dampfdruck der zu erwärmenden Flüssigkeit, die Atmosphäre verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit in wenigstens einem vertikal verlaufenden, von außen geheizten Rohr (8, 108), an dessen Innenwand die Flüssigkeit in Form eines Rieselfilms fließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Rohrs (8 108) unter einem Gasdruck gehalten wird, der höher ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit im Rieselfilm.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Heizung des Rohrs (8; 108) von oben nach unten zunimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (8; 108) mehrere Heizzonen (28, 30; 42, 46, 48; 52, 54; 82, 84, 86; 128, 13o) durchsetzt, von denen jede eine vorgegebene Temperatur aufweist, die Temperatur unterschiedlicher Heizzonen (28, 30; 42, 46, 48; 52, 54; 82, 84, 86; 128, 130) jedoch von oben nach unten zunimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzonen (28, 30; 42, 46, 48; 52, 54; 82, 84, 86; 128, 130) mit Dämpfen geheizt werden, die bei unterschiedlichen Temperaturen kondensieren.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche zum Vorerwärmen einer Flüssigkeit in einer Eindampfanlage mit mehreren Verdampfern, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung der Heizzonen (42, 46, 48; 52, 54) mit Brüden unterschiedlicher Verdampfer (I, II, III) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche zum Vorerwärmen von Milch in einer Sterilisationsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung der Heizzonen (82, 84, 86) mit Brüden unterschiedlicher Entspannungsverdampfer (70, 72, 74) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzonen (28, 30; 42, 46, 48; 52, 54; 82, 84, 86; 128, 130) von einem sie nacheinander durchströmenden Dampf geheizt werden, dessen Kondensationstemperatur mit fortschreitender Kondensation sinkt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen vertikal langgestreckten Behälter (2; 102), in dem durch einen oberen Rohrboden (4; 1b4), einen unteren Rohrboden (6; 1o6) und wenigstens ein im oberen Rohrboden (4; 104) und im unteren Rohrboden (6; 106) mündendes Rohr (8; 108) ein Flüssigkeitszuführungsraum (10; 110), ein Heizraum (12; 112) und ein Flüssigkeitsabführungsraum (14; 114) abgegrenzt sind und daß in dem Flüssigkeitszuführungsraum (1o; 110) und/oder in dem Flüssigkeitsabführungsraum (14; 114) eine an eine Gasdruckquelle einstellbaren Gasdrucks angeschlossene Gaszuführung (16; 116) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet., daß zwischen dem oberen Rohrboden (4; 104) und dem unteren Rohrboden (6; 106) wenigstens ein Zwischenrohrboden (26; 126) angeordnet ist, der den Heizraum (12; 112) in wenigstens zwei Heizzonen (28, 30; 128, 130) unterteilt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennz.eichnet, daß das Rohr (8; 108) in den Zwischenrohrboden (26; 126) eingewalzt, eingeklebt, eingesteckt oder mit Gummimanschetten befestigt ist.
EP86104013A 1985-04-04 1986-03-24 Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired EP0196589B1 (de)

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